面试题：Java集合框架自定义对象比较的多线程安全与动态更新

Question

设计一个多线程环境下的系统，其中有一个自定义类Task，包含属性id（int类型）、priority（int类型）和status（枚举类型，包含未开始、进行中、已完成）。使用ConcurrentSkipListSet存储Task对象，要求根据priority进行降序排列，如果priority相同则根据id升序排列。并且在任务状态更新为“已完成”时，该任务能自动从集合中移除。请给出完整的设计思路及核心代码实现，并分析可能出现的并发问题及解决方案。

Answer 1

设计思路

1. 定义Task类：包含id、priority和status属性，实现Comparable接口，根据priority降序、priority相同则id升序排列。
2. 使用ConcurrentSkipListSet：用于存储Task对象，利用其有序性和线程安全特性。
3. 任务状态更新：通过监听status变化，当变为“已完成”时从集合中移除。可以采用观察者模式或在setStatus方法中直接处理。

核心代码实现

import java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet;

// 定义任务状态枚举
enum TaskStatus {
    NOT_STARTED, IN_PROGRESS, COMPLETED
}

// 定义Task类
class Task implements Comparable<Task> {
    private int id;
    private int priority;
    private TaskStatus status;

    public Task(int id, int priority, TaskStatus status) {
        this.id = id;
        this.priority = priority;
        this.status = status;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public int getPriority() {
        return priority;
    }

    public TaskStatus getStatus() {
        return status;
    }

    public void setStatus(TaskStatus status) {
        this.status = status;
        if (status == TaskStatus.COMPLETED) {
            // 这里可以通过其他方式通知移除，这里简单示意
            TaskManager.removeTask(this);
        }
    }

    @Override
    public int compareTo(Task other) {
        if (this.priority != other.priority) {
            return other.priority - this.priority;
        } else {
            return this.id - other.id;
        }
    }
}

// 任务管理器类
class TaskManager {
    private static final ConcurrentSkipListSet<Task> taskSet = new ConcurrentSkipListSet<>();

    public static void addTask(Task task) {
        taskSet.add(task);
    }

    public static void removeTask(Task task) {
        taskSet.remove(task);
    }

    public static ConcurrentSkipListSet<Task> getTaskSet() {
        return taskSet;
    }
}

可能出现的并发问题及解决方案

1. 并发修改问题：虽然ConcurrentSkipListSet本身是线程安全的，但在更新任务状态时可能出现多个线程同时尝试移除任务的情况。
   • 解决方案：ConcurrentSkipListSet的remove方法本身是线程安全的，所以无需额外同步措施。但如果采用更复杂的通知机制（如观察者模式），在通知和移除任务时要确保线程安全。
2. 内存一致性问题：不同线程对任务状态更新的可见性可能存在问题。
   • 解决方案：对status属性使用volatile关键字修饰，确保线程对status的修改能及时被其他线程看到。如在Task类中private volatile TaskStatus status; 。